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神农架地区中—新元古代岩浆事件及其对华南克拉通演化的指示意义

邱啸飞  
【摘要】:扬子陆块与华夏陆块于新元古代沿江南造山带的碰撞拼合形成了统一的华南克拉通,但关于该造山带形成和持续的时间仍存在不同认识,且对两碰撞陆块于碰撞前的演化历史的了解也相对有限。通常将华南克拉通的形成与演化与Rodinia超大陆的会聚和裂解相联系,由于认识上的差异,目前关于华南克拉通与Rodinia超大陆相互关系的重建方案存在不同的模型。在现有的研究中,大多数研究对象为~860-750Ma、与拉张有关的岩浆岩。显然,了解前碰撞期组成陆块的演化历史对认识华南克拉通的形成和演化及其与超大陆的关系具有重要意义。 神农架群位于扬子陆块西北缘,岩性以碳酸盐岩为主,含部分碎屑岩和火山岩地层。神农架群长期以来其被视为中元古代地层,但缺乏高精度的同位素年代学数据。本文以神农架群火山岩为主要研究对象,在野外地质观察的基础上,通过系统的锆石U-Pb年代学和元素及Sr-Nd同位素地球化学研究,探讨了神农架群郑家垭组火山岩的时代、成因和形成构造环境;通过对比神农架群沉积岩碎屑锆石年龄结构与扬子陆核区崆岭结晶基底的年代学特征、新元古代两地区基性岩墙(脉)的岩石圈地幔源区性质,分析了扬子陆块西部中元古代晚期-新元古代早期的构造演化规律,并对其与统一华南克拉通形成的关系进行了探讨。研究工作获得了如下主要认识: 1.神农架群郑家垭组火山岩由碱性玄武岩、钙碱性玄武岩以及拉斑质安山岩组成。通过对安山岩进行的锆石U-Pb同位素分析(LA-ICP-MS方法),获得了1103±8Ma的形成年龄。碱性玄武岩具有高Ti02(2.62-4.48wt.%)、低Mg#(42-55)的性质和类似洋岛玄武岩的微量元素组成特征,其初始Sr同位素比值和εNd(t)值分别为0.7021-0.7056和+2.4~+4.0。相反,钙碱性玄武岩具有高Mg#(57-68)、Cr(67.1-211ppm)和Ni含量(62.8-121ppm),微量元素组成与岛弧玄武岩相似,表现出强烈的高场强元素(如Nb、Ta、P和Ti)亏损和Pb正异常;钙碱性玄武岩具相对较高的初始Sr同位素比值(0.7086~0.7120)和较大εNd(t)值负值(-15.3~-14.2)。安山岩样品以明显的负Eu异常(Eu/Eu*=0.62-0.65)为特征,亏损高场强元素:安山岩具有较低的初始Sr同位素比值(0.7028~0.7042)和较小的εNd(t)值负值(-2.7-2.1)。这些地球化学特征指示,郑家垭组碱性玄武岩来自于亏损的软流圈地幔源区、钙碱性玄武岩来自于曾经经历流体交代的大陆岩石圈地幔源区,而安山岩则来源于玄武质岩浆底侵作用诱发的基性下地壳重熔,神农架群上部火山岩系形成于陆缘岛弧环境。 2.桃园花岗片麻岩位于崆岭地区西北部,曾被视为古元古代侵入岩。本次研究获得了2994±22Ma的原岩年龄(锆石U-Pb,LA-ICP-MS方法)。桃园片麻岩为岩性为奥长花岗岩,以高SiO2(67.80-74.93wt.%)、Na2O(5.11-5.81wt.%)、Na2O/K20比值1和低Yb(0.32-0.82ppm)、Y(4.48-11.5ppm)含量为特征,具有变化范围较大La/Yb和Sr/Y比值以及明显的Nb、Ta、Ti负异常。桃园片麻岩具有与结晶年龄相近的T2DM,相应的εNd(t)值范围为-2.5~+3.5。这些特征表明该片麻岩单元为崆岭太古宙结晶基底岩系的组成部分。 3.综合前人和本次研究成果,将崆岭基底岩系年代学框架与神农架群砂岩碎屑锆石的U-Pb年龄谱及锆石Hf-O同位素组成进行了对比。神农架碎屑锆石记录了包括~1.6Ga的年龄峰值,且锆石Hf和O同位素指示了~1.6Ga的源区岩石具有初生地壳的性质,而相应的岩浆事件在扬子陆块陆核区的崆岭地区并没有发现。结合神农架群细粒沉积岩的微量元素和Nd同位素地层学特征,表明于中元古代晚期,神农架群沉积地层的碎屑物质并非由扬子陆核区的崆岭基底岩系经风化-剥蚀作用提供,进而说明神农架群沉积作用发生的环境并非扬子陆块陆核区西侧发育的中元古代晚期边缘盆地。 4.对侵位于神农架群台子组地层中的新元古代辉绿岩岩墙进行了系统的元素和Sr-Nd同位素地球化学研究。神农架辉绿岩属于拉斑玄武岩岩系,且以高MgO(7.92-9.57%)、FeOT(13.01-15.12%)、CaO(7.64-10.07%),中等程度的Ni(65.7-94.2ppm)含量以及Mg#(53-60)为特征。神农架辉绿岩具有相对平坦的REE分配模式,微量元素组成类似于洋中脊玄武岩特征,且缺乏明显的高场强元素亏损。样品具有高放射成因Sr-Nd同位素组成,初始Sr同位素从0.7113-0.7140变化,而εNd(t)值则为+3.5-+5.7,反映在结晶过程中遭受了神农架群碳酸盐岩围岩的混染。地球化学特征表明,神农架辉绿岩形成于陆内拉张环境,来源于中等程度亏损的大陆岩石圈地幔。前人对崆岭-黄陵地区新元古代辉长-辉绿岩进行的研究表明,这些岩石的ENd(t=800Ma)值从为负值(-11.2~-4.7)、具高Nb/Ta(17.8-26.5)比值和与岛弧玄武岩相似的微量元素组成上,指示其源区不曾经经历过流体交代的富集型岩石圈地幔。这些差异结果表明,神农架地区和扬子陆核区(崆岭地区)在新元古代时期分属两个具不同性质岩石圈地幔的陆块。 5.以上证据显示,神农架地区于晚中元古代-早新元古代为独立于扬子陆核区的微陆块。据此提出了扬子陆块神农架地区和崆岭地区中元古代晚期-新元古代早期的构造演化模型,可概括为以下3个阶段:(1)1100Ma,神农架地区作为微陆块接受了来自未知地体的物源供给,形成巨厚的碳酸岩沉积,此时神农架陆块与扬子陆核区之间相互独立;晚期地壳发生抬升,形成郑家垭组下部的复理石沉积建造;(2)~1100Ma,发生神农架群陆缘岛弧火山作用,形成郑家垭组火山岩;(3)~1000-900Ma,神农架微陆块与崆岭地体发生最终拼合,在崆岭地区形成蛇绿岩以及相应的磨拉石沉积建造,随后发生造山带垮塌,在神农架地区和崆岭-黄陵地区形成拉张背景下、岩石圈地幔部分熔融派生的基性岩浆作用。 6.统一的华南克拉通的形成可能并非简单的由扬子陆块和华夏陆块于新元古代沿江南造山带拼合而成,而是经历了更加复杂的扬子陆块西北部、西部次一级微陆块与陆核区于中元代晚期至新元古代初期经过碰撞和拼合的演化,显示出扬子陆块在发生与华夏陆块的碰撞前经历了持续的向西方向的侧向增生。 7.神农架群地层中~1.6Ga碎屑锆石及其源岩具有的初生地壳性质,可与澳大利亚南部和中南部同期岩浆事件相对比,据此提出了Grenvillian期西扬子陆块与南澳大利亚相连的模型,进而为认识华南克拉通在Rodinia超大陆重建方案中的位置提供了新约束。


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